Лабораторная работа № 5. Определение растворенного в воде кислорода по методу Винклера

Кислород для водной среды – важнейший экологический фактор. Он поступает из воздуха, а также может образоваться в результате жизнедеятельности зеленых растений, населяющих близкие к поверхности слои воды. Растворимость чистого кислорода, выделяемого зелеными растениями, в пять раз больше, чем растворимость кислорода из воздуха, в котором содержание этого газа составляет лишь 21 %. Растворимость кислорода в воде обуславливается его парциальным давлением. Концентрация кислорода в воде зависит также от температуры и загрязненности воды. Максимально возможная концентрация кислорода в воде при растворении в ней воздуха при температуре 0 °С равна 14,56 мг/л. Содержание растворенного в воде кислорода при различной температуре и давлении 760 мм рт. ст. приведено в таблице.

Наличие в воде восстановителей (аммиака, железа (II), нитритов, легко

окисляющихся органических веществ и др.) нарушает равновесие, обуславливающее растворимость кислорода из воздуха, и снижает его концентрацию. Разница между растворимостью кислорода и фактической концентрацией его в воде при данной температуре называется дефицитом кислорода.

Таблица – Содержание растворенного в воде кислорода при различной температуре и давлении 760 мм рт. ст.

Температура воды, °С	Содержание кислорода	Температура воды, °С	Содержание кислорода
мл/л	мг/л	мл/л	мг/л
	10,19	14,56		6,89	9,85
	9,91	14,16		6,75	9,65
	9,64	13,78		6,61	9,45
	9,39	13,42		6.4я	9,26
	9,14	13,06		6,36	9,09
	8,91	12,73		6,23	8,90
	8,68	12,41		6,11	8,73
	8,47	12,11		6,00	8,58
	8,20	11,81		5,89	8,42
	8,06	11,52		5,78	8,28
	7,67	11,25		5,67	8,11
	7,69	10,99		5,56	7,95
	7,52	10,75		5,46	7,81
	7,35	10,50		5,36	7,67
	7,19	10,28		5.26	7,52

Коэффициент диффузии кислорода в воде примерно в 320 тыс. раз ниже, чем в воздухе, а общее его содержание в верхних слоях воды составляет 6 – 8 мл/л, что в 21 раз ниже, чем в атмосфере. В некоторых слоях природных вод, сильно заселенных животными и бактериями, может создаваться дефицит кислорода из-за усиленного его потребления. Так, в Мировом океане богатые жизнью глубины от 50 до 1000 м характеризуются резким ухудшением аэрации. Она в 7 – 10 раз ниже, чем в поверхностных водах, населенных фитопланктоном. Около дна водоемов условия могут быть близкими к анаэробным.

Обеднение воды кислородом возможно в застойных и во многих природных водах в зимнее время подо льдом. При концентрации кислорода ниже 0,3 – 3,5 мл/л жизнь аэробов в воде невозможна, в данном случае содержание кислорода в воде оказывается лимитирующим фактором.

Среди водных обитателей имеются виды, способные переносить широкие колебания содержания кислорода в воде, вплоть до почти полного его отсутствия, - это так называемые эвриоксибионты. К ним относятся олигохеты (Tubifex tubifex),брюхоногие моллюски (Viviparus viviparus) Из рыб очень слабое насыщение воды кислородом могут выдержать сазан, линь, карась.

Однако целый ряд видов является стеноксибионтным т. e. могут существовать только при достаточно высоком насыщении воды кислородом, например, радужная форель, кумжа, гольян, и др. Многие виды живых организмов способны при недостатке кислорода впадать в неактивное состояние, так называемый аноксибиоз, и таким образом переживать неблагоприятный период.

Дыхание гидробионтов осуществляется как через поверхность тела, так и через специализированные органы – жабры, легкие, трахеи. Нередко покровы тела могут служить дополнительным органом дыхания. У отдельных видов встречаются комбинирование водного и воздушного дыхания, например, двоякодышащие рыбы, сифонофоры, дискофанты, многие легочные моллюски, ракообразные Gammarus lacustis и др. Вторичноводные животные сохраняют обычно атмосферный тип дыхания как энергетически более выгодный, и поэтому нуждаются в контактах с воздушной средой. К ним относятся ластоногие, китообразные, водяные жуки, личинки комаров и т.д.

Опыт 1. Определение растворенного кислорода по методу Винклера.

Налить в склянку с известным объемом столько воды, чтобы уровень ее

соприкасался с тщательно опущенной пробкой. Вынув пробку, влить в склянку из пипеток, погружая их концы почти до дна 1 мл смеси едкого калия с йодистым калием и 1 мл хлорида марганца (II). Вновь закрыть склянку, взболтать и оставить, пока осадок полностью не опустится на дно, а жидкость не просветлится. После этого прибить, погружая конец пипетки на дно склянки, 3 мл концентрированной соляной кислоты и закрыв склянку пробкой, перемешать, пока осадок не растворится.

Содержимое склянки перелить в колбу (50 мл) и титровать выделившейся йод раствором тиосульфата до слабо-желтой окраски, а затем, прибавив крахмального раствора, продолжить титрование до исчезновения синей окраски.

При расчете необходимо из объема взятой пробы V₁, вычесть суммарный объем V₂ прибавленных реактивов (MnCl₂, КОН+КCl), вытеснивший соответствующий объем исследуемой воды. Содержание кислорода вычисляется по формуле:

X = V(Na₂S₂O₃) · C_H(Na₂S₂O₃) · 8 · 1000 / (V₁ – V₂),

где X – количество кислорода в 1 л воды, мг/л;

V(Na₂S₂O₃) – объем раствора Na₂S₂O₃, мл;

C_H(Na₂S₂O₃) – молярная концентрация эквивалента раствора Na₂S₂O₃, моль/л;

8 – количество граммов кислорода, отвечающее 1 л нормального раствора Na₂S₂O₃, т. е. грамм-эквивалент кислорода, 2-экв.

Если требуется выразить количество кислорода в объемных единицах, то пересчитывают найденные миллиграммы кислорода на объем, учитывая при этом температуру воды и атмосферное давление.